本發(fā)明涉及一種液體動(dòng)態(tài)配氣裝置及其配氣方法，特別涉及一種帶有多孔分子篩的微量液體動(dòng)態(tài)配氣裝置及其配氣方法。

背景技術(shù)：

目前，配氣儀是用于將兩種或兩種以上的氣體(市面上多為兩種)，按照一定比例進(jìn)行配比、混合并輸出設(shè)定濃度氣體的儀器。在環(huán)境、衛(wèi)生監(jiān)測(cè)及科研、教學(xué)、計(jì)量等機(jī)構(gòu)經(jīng)常要進(jìn)行兩種或兩種以上的氣體調(diào)配，隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)配氣儀的要求也越來(lái)越高。目前市面上常用的配氣儀有兩種，一種是三通電磁閥控制型，另一種是質(zhì)量流量計(jì)控制型。

三通電磁閥控制型的配氣儀主要根據(jù)所需氣體的配比要求，使用單片機(jī)控制連接兩路氣體的高速三通電磁閥的通斷，以調(diào)節(jié)每一路氣體的采樣量，最后獲得設(shè)定濃度的氣體，例如專利號(hào)為CN2825085Y的高精度配氣儀。電磁閥型的配氣儀的優(yōu)點(diǎn)是氣體適用范圍比較廣，操作比較簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)較低。常規(guī)氣體，無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊設(shè)置或換算，就可以直接使用。對(duì)于氣體種類和所要配制的濃度，在儀器出廠前不需要調(diào)教。但是，只能用于將兩種氣體進(jìn)行配氣；配氣精度低(大于1％)。

質(zhì)量流量計(jì)型的配氣儀主要使用質(zhì)量流量計(jì)控制各路氣體的流量，以實(shí)現(xiàn)不同種類和濃度氣體的配制。例如公開(kāi)號(hào)為CN102258958 A的一種標(biāo)準(zhǔn)氣體的動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)，提供一種用于生產(chǎn)一定濃度范圍的標(biāo)準(zhǔn)氣體混合物的動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：在溫度受控的擴(kuò)散池中提供包含目標(biāo)物質(zhì)的擴(kuò)散管；使預(yù)定流量的載氣流經(jīng)含有目標(biāo)物質(zhì)的擴(kuò)散池，使得載氣攜帶目標(biāo)物質(zhì)流出擴(kuò)散池；將流出的含有目標(biāo)物質(zhì)的載氣分支成至少兩個(gè)載氣分支氣流，其中一個(gè)載氣分支氣流與混合室連通，并且兩個(gè)載氣分支氣流的氣路中至少一個(gè)設(shè)置有流量控制器；調(diào)節(jié)所述流量控制器，以改變流入所述混合室中的載氣分支氣流的流量；使預(yù)定流量的稀釋氣體流入所述混合室，并在混合室中與上述流入混合室的載氣分支氣流相混合，從而獲得目標(biāo)物質(zhì)的所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體混合物。

上述配氣儀用于氣體氣源配氣已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是市場(chǎng)上針對(duì)液體氣源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配氣的配氣儀存在空缺，鑒于液體氣源具有種類多、用量少、價(jià)格便宜、無(wú)需儲(chǔ)存鋼瓶、安全隱患小等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)生產(chǎn)中需求量大。目前基于液體氣源動(dòng)態(tài)配氣的裝置主要以擴(kuò)散管為主，性能可靠的設(shè)備主要被國(guó)外的公司壟斷，價(jià)格昂貴，且不同的液體需要更換不同類型的擴(kuò)散管，耗材也非常昂貴。另外一種適用于液體動(dòng)態(tài)配氣的裝置如公開(kāi)號(hào)CN102039096所示，通過(guò)可揮發(fā)性液體控制裝置有效地向氣體發(fā)生器注入空氣，使氣體發(fā)生器中可揮發(fā)性液體轉(zhuǎn)換為氣體，其轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換量以及進(jìn)入速度和進(jìn)入量都被有效自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)配氣。

但是對(duì)于液體配氣通常存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1)配氣時(shí)，需產(chǎn)生持續(xù)的氣流，特別是對(duì)于在一定溫度下才能完全揮發(fā)的有機(jī)液體，需要配備液體蒸發(fā)裝置才可以保證有機(jī)液體完全揮發(fā)。

2)配置的液體終端濃度應(yīng)涵蓋較寬的濃度范圍，如ppt-ppm，才可滿足科學(xué)研究及工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)氣體標(biāo)氣的要求。

3)經(jīng)加熱揮發(fā)的液體在流經(jīng)管道時(shí)可能發(fā)生冷凝或者吸附，需做好保溫防止冷凝同時(shí)做好管道涂層防止氣體吸附。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明基于現(xiàn)有的液體動(dòng)態(tài)配氣裝置，首次提供了一種帶有多孔分子篩的微量液體動(dòng)態(tài)配氣裝置及其配氣方法，能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)氣流，且配氣范圍寬、精度高。

本發(fā)明提供了一種液體動(dòng)態(tài)配氣裝置，包括中央控制器，源氣體，兩個(gè)質(zhì)量流量計(jì)(分別用于控制載氣和稀釋氣)，微流體進(jìn)樣裝置，液體蒸發(fā)裝置，混氣罐，干燥罐；源氣體同時(shí)接入兩個(gè)氣路，一路用作載氣(用于攜帶被蒸發(fā)的液體)，一路用作稀釋氣，兩路氣體的流量均由質(zhì)量流量計(jì)控制，且均設(shè)置有單向截止閥，防止氣體回流；微流體進(jìn)樣裝置中裝載有待蒸發(fā)的液體，通過(guò)蠕動(dòng)泵或者微量注射泵，以固定速度向液體蒸發(fā)裝置中推送液體；液體蒸發(fā)裝置可控溫；混氣罐用于混氣；干燥罐用于客戶自行放置分子篩或者其它選擇性過(guò)濾的物質(zhì)；中央控制器控制調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流速、微流體進(jìn)樣裝置的推送速度、液體蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)溫度、和/或混氣罐的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；液體蒸發(fā)裝置有多孔分子篩、加熱板組成，且與載氣氣路和微流體進(jìn)樣裝置連接，其中，分子篩可將液體浸潤(rùn)過(guò)濾并加熱蒸發(fā)，保證液體順利引流的同時(shí)使液體充分受熱后完全蒸發(fā)從而產(chǎn)生連續(xù)性的氣體。

進(jìn)一步地，分子篩裝在漏斗狀設(shè)備中，液體進(jìn)入分子篩，分子篩底部具有加熱板，分子篩接觸高溫使液體蒸發(fā)變成氣體，由孔中透出。

進(jìn)一步地，混氣罐可以調(diào)節(jié)溫度并附有涂層，確保液體不會(huì)冷凝和吸附。

進(jìn)一步地，中央控制器根據(jù)輸入的目標(biāo)液體濃度和總流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量；中央控制器根據(jù)輸入的目標(biāo)液體種類及特性參數(shù)、濃度和總流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)微流體進(jìn)樣裝置的推送速度；中央控制器根據(jù)液體的種類，自動(dòng)調(diào)節(jié)液體蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)溫度；中央控制器自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)混氣罐的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明還提供了一種液體動(dòng)態(tài)配氣方法，包括：將源氣體同時(shí)接入兩個(gè)氣路，并使用質(zhì)量流量計(jì)控制各路氣體的流量，其中一路氣體被用作載氣，另一路則被用作稀釋氣，載氣直接將被蒸發(fā)的氣體帶出，稀釋氣則將載氣帶出的氣體再次稀釋，需要高濃度目標(biāo)氣體時(shí)，載氣可直接帶出氣體并使用，需要低濃度目標(biāo)氣體時(shí)，則需經(jīng)過(guò)稀釋氣再次稀釋，從而實(shí)現(xiàn)配氣濃度在較寬范圍內(nèi)可調(diào)；載氣流經(jīng)的氣路中設(shè)置有液體蒸發(fā)裝置，液體蒸發(fā)裝置可加熱以保證液體完全蒸發(fā)，進(jìn)而確保配氣精度；微流體進(jìn)樣裝置裝載有待蒸發(fā)的液體，通過(guò)蠕動(dòng)泵或微量注液泵等裝置，以固定速度向液體蒸發(fā)裝置中推送液體；液體蒸發(fā)后立即被載氣攜帶離開(kāi)液體蒸發(fā)裝置；最后兩股氣流在混氣罐中快速混勻后流出；中央控制器控制調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量、微流體進(jìn)樣裝置的推送速度、和/或液體蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)溫度。

附圖說(shuō)明

圖1：為本發(fā)明的液體動(dòng)態(tài)配氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：為本發(fā)明的液體動(dòng)態(tài)配氣裝置的分子篩的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1所示為本發(fā)明的液體動(dòng)態(tài)配氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖：本發(fā)明的液體動(dòng)態(tài)配氣裝置包括中央控制器，源氣體，質(zhì)量流量計(jì)(載氣)，質(zhì)量流量計(jì)(稀釋氣)，微流體進(jìn)樣裝置，液體蒸發(fā)裝置，混氣罐，干燥罐等；源氣體通常是一種氣體，比如N₂、合成空氣、Ar等，同時(shí)接入兩個(gè)氣路，分別通過(guò)所述氣質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行流量控制；微流體進(jìn)樣裝置中，裝載有待蒸發(fā)的液體，通過(guò)蠕動(dòng)泵或者注液泵等，以固定速度向液體蒸發(fā)裝置中推送液體；液體蒸發(fā)裝置可控溫，體積越小越好，因?yàn)槲⒘黧w進(jìn)樣裝置推進(jìn)的液體體積非常小，所以預(yù)計(jì)會(huì)在空中直接蒸發(fā)掉，如果液體不能直接蒸發(fā)，則由液體蒸發(fā)裝置輔助其蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氣體會(huì)立即被載氣攜帶離開(kāi)液體蒸發(fā)裝置?？傊后w蒸發(fā)裝置需要保證液體完全蒸發(fā)；混氣罐，混合兩個(gè)氣路的兩股氣流，考慮到液體可能會(huì)冷凝之類，該部分非必需，可直接采用三通連接；干燥罐用于客戶自行放置分子篩或者其它選擇性過(guò)濾的物質(zhì)，此部分屬于備選件，可拆卸；中央控制器控制調(diào)節(jié)載氣質(zhì)量流量計(jì)、稀釋氣質(zhì)量流量計(jì)、微流體進(jìn)樣裝置的推送速度、液體蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)溫度、和/或混氣罐的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速?；鞖夤蘅梢哉{(diào)節(jié)溫度，確定液體不會(huì)冷凝。

優(yōu)選的，中央控制器根據(jù)輸入的目標(biāo)液體種類、特性參數(shù)、濃度和總流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)載氣和稀釋氣的質(zhì)量流量計(jì)的流速；中央控制器根據(jù)輸入的目標(biāo)液體種類和特性參數(shù)計(jì)算出需要的推進(jìn)速度，自動(dòng)調(diào)節(jié)微流體進(jìn)樣裝置的推送速度；中央控制器根據(jù)液體的種類，自動(dòng)調(diào)節(jié)液體蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)溫度；中央控制器自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)混氣罐的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

參見(jiàn)圖2，設(shè)備的關(guān)鍵是配氣時(shí)，需產(chǎn)生持續(xù)的氣流，特別是對(duì)于在一定溫度下才能完全揮發(fā)的有機(jī)液體，需要配備液體蒸發(fā)裝置才可以保證有機(jī)液體完全揮發(fā)。因此在液體注入裝置的注入頭那里，增加設(shè)置一個(gè)將液體浸潤(rùn)過(guò)濾的多孔分子篩裝置。分子篩裝在漏斗狀設(shè)備中，液體進(jìn)入分子篩，分子篩底部具有加熱板，分子篩接觸高溫蒸發(fā)氣體，由孔中透出從而保證液體連續(xù)注入并完全蒸發(fā)。

本發(fā)明還公開(kāi)了上述液體動(dòng)態(tài)配氣裝置的配氣方法，包括：將源氣體同時(shí)接入兩個(gè)氣路，一路用作載氣，一路用作稀釋氣，均由質(zhì)量流量計(jì)控制；通過(guò)載氣流過(guò)的氣路中設(shè)置有液體蒸發(fā)裝置；液體注入裝置中，裝載有待蒸發(fā)的液體，通過(guò)蠕動(dòng)泵或者其它裝置，以固定速度向液體蒸發(fā)裝置中推送液體；液體蒸發(fā)后立即被載氣攜帶離開(kāi)液體蒸發(fā)裝置；最后載氣攜帶已蒸發(fā)的氣體和稀釋氣同時(shí)流入混氣罐中混合均勻；中央控制器控制調(diào)節(jié)載氣質(zhì)量流量計(jì)、稀釋氣質(zhì)量流量計(jì)、微流體進(jìn)樣裝置的推送速度、和/或液體蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)溫度。

使用混氣罐混合載氣和稀釋氣，考慮到液體可能會(huì)冷凝或者被吸附，該部分需做保溫處理同時(shí)采用防吸附涂層，如氣體易混合則無(wú)需使用混氣罐，也可直接采用三通連接；干燥罐用于客戶自行放置分子篩或者其它選擇性過(guò)濾的物質(zhì)；混氣罐可以調(diào)節(jié)溫度，確定液體不會(huì)冷凝。

優(yōu)選的，中央控制器根據(jù)輸入的目標(biāo)液體濃度和總流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)載氣和稀釋氣的流量；中央控制器根據(jù)輸入的目標(biāo)液體種類及特性參數(shù)、濃度和總流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)微流體進(jìn)樣裝置的推送速度；中央控制器根據(jù)液體的種類，自動(dòng)調(diào)節(jié)液體蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)溫度；中央控制器自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)混氣罐的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。